JPH1075528A - Current limiter - Google Patents

Current limiter

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JPH1075528A
JPH1075528A JP9168668A JP16866897A JPH1075528A JP H1075528 A JPH1075528 A JP H1075528A JP 9168668 A JP9168668 A JP 9168668A JP 16866897 A JP16866897 A JP 16866897A JP H1075528 A JPH1075528 A JP H1075528A
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JP
Japan
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superconducting element
current
voltage
superconducting
coil
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Pending
Application number
JP9168668A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ian Leitch Mcdougall
リーチ マックドゥーガル イアン
Peter Hanley
ヘンリー ピーター
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oxford Instruments PLC
Original Assignee
Oxford Instruments PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oxford Instruments PLC filed Critical Oxford Instruments PLC
Publication of JPH1075528A publication Critical patent/JPH1075528A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/023Current limitation using superconducting elements
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current limiter which includes a superconducting element which can be connected to an electric circuit and has a critical current density. SOLUTION: A current limiter includes a 1st superconducting element 4 which can be connected to an electric circuit. The superconducting element 4 has a critical current density. The start of a defect state is detected by a 2nd superconducting element 12. In response to the 2nd superconducting element 12, a relation between the critical current density and a current produced in the 1st superconducting element 4 is changed by a coil 13. By this change, the state of the 1st superconducting element is transferred to a resistive state.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気回路に接続でき、
臨界電流密度を有する超伝導要素を包含する種類の電流
制限装置に関する。
The present invention can be connected to an electric circuit,
It relates to a current limiting device of the type comprising a superconducting element having a critical current density.

【0002】[0002]

【従来技術および発明が解決しようとしている問題点】
故障電流リミッタ(FCL)として知られる種類の電流
制限装置が最近提案されており、いくつかの例が本出願
人等のWO-A-96/30990 に記載してある。代表的な例で
は、或る長さの耐熱(HTc)超伝導体が電流を運ぶ回
路に設置される。HTc材料は比較的高い(代表的には
液体窒素温度に等しい)臨界温度を有し、適用磁界と反
比例して変化する臨界電流(厳密には電流密度)を有す
る。この超伝導体の運ぶ電流が臨界電流を超えた場合、
超伝導体の材料が抵抗状態に移行し、運ばれつつある電
流を制限するように作用する。この移行が生じたときの
臨界電流値は適用磁界を変えることによって変えること
ができる。WO-A-96/30990において、本出願人等は、超
伝導体が抵抗状態に移行した後に電流制限装置をリセッ
トする方法を説明している。
Problems to be solved by the prior art and the invention
A current limiting device of the type known as a fault current limiter (FCL) has recently been proposed, some examples of which are described in our WO-A-96 / 30990. In a typical example, a length of high temperature (HTc) superconductor is installed in a circuit that carries current. HTc materials have a relatively high (typically equal to liquid nitrogen temperature) critical temperature and a critical current (strictly, current density) that varies inversely with the applied magnetic field. If the current carried by this superconductor exceeds the critical current,
The superconductor material transitions into a resistive state and acts to limit the current being carried. The critical current value at which this transition occurs can be changed by changing the applied magnetic field. In WO-A-96 / 30990, Applicants describe a method of resetting a current limiting device after a superconductor has transitioned to a resistive state.

【0003】本出願人等は、超伝導要素がその超電導状
態からその抵抗状態に変換するプロ説を研究してきた。
本出願人等は、超伝導要素の熱伝導性の制約により超伝
導要素の全長に沿って変化が漸進的であり、或る場合に
は、超伝導要素内に非常に高いパワー密度が発生し、装
置を故障させる可能性があることを発見した。本出願人
等の分析を以下に説明する。以下の記号を代表的な値で
使用する: ρ 電気固有抵抗 10-6Ω−m K 熱伝導性 0.5 Wm-1K-1 Cp 比熱 150 Jkg-11K-1 γ 密度 6300 kg m-3 h 冷却材への熱伝達 200 Wm-2K-1 θo 冷却材温度 77 K θc 超伝導臨界温度 90 K θmax 最高安全温度 800 K θ 温度変数 J, Jc 電流密度、臨界電流密度 δ 超電導変換幅 Imax, If トリップ電流、制限電流 R0 公称正常−状態抵抗 L, A 長さ、横断面積 「直列抵抗器」タイプのFCLシステムの場合: Imax = JcA (ピーク) If = V/(ρL/A) If /Imax = V/ρJcL 熱拡散率は m = K/γCp 5.3 10-7ms-1 これは、0.01sにおいて、熱外乱は5ナノメータだ
け移動することを意味する。したがって、本出願人等は
供給電流のAC加熱効果を無視し、熱計算において適切
なRMS値を使用することができる。
[0003] Applicants have studied the professional theory that a superconducting element converts from its superconducting state to its resistive state.
Applicants believe that due to the thermal conductivity constraints of the superconducting element, the change is gradual along the length of the superconducting element, and in some cases very high power densities occur in the superconducting element. Discovered that it could cause the device to fail. The analysis of the present applicant is described below. The following symbols are used as typical values: ρ Electrical resistivity 10 -6 Ω-m K Thermal conductivity 0.5 Wm -1 K -1 C p Specific heat 150 Jkg -1 1K -1 γ Density 6300 kg m -3 h Heat transfer to coolant 200 Wm -2 K -1 θ o Coolant temperature 77 K θ c Superconducting critical temperature 90 K θ max Maximum safe temperature 800 K θ Temperature variables J, J c Current density, critical current density δ Superconducting conversion width I max, If trip current, limiting current R 0 Nominal normal-state resistance L, A length, cross-sectional area For “series resistor” type FCL system: I max = J c A (peak) I f = V / (ρL / A) I f / I max = V / ρJ c L Thermal diffusivity is m = K / γC p 5.3 10 -7 ms -1 This means that at 0.01 s, the thermal disturbance is only 5 nanometers It means moving. Therefore, we can ignore the AC heating effect of the supply current and use the appropriate RMS value in the heat calculation.

【0004】片面を冷却されたスラブまたはフィルムか
らなるHTC要素を考えた場合、正常状態の下では、温
度分布は以下の式で表される: K(∂2 θ)/(∂x2 )−γCp (∂θ)/(∂t)
=J2 ρ/2 x=0のとき、熱流は Q=h(θ−θ0 ) t=0のとき、どこでも、θ=θ0 。 これは108 、109 Am-1の電流密度について数値的に
解決された。200ミクロン厚のフィルムを横切る温度
分布は図1、2に示してある。ここで明らかなように、
(膜沸騰)窒素への熱伝達は熱発生率よりもかなり低
い。それ故、たいていの目的のために、システムは断熱
式と考えることができる。
[0004] Considering an HTC element consisting of a slab or film cooled on one side, under normal conditions, the temperature distribution is given by: K (∂ 2 θ) / (∂x 2 )- γC p (∂θ) / (∂t)
= J 2 ρ / 2 x = 0, the heat flow is Q = h (θ−θ 0 ). When t = 0, θ = θ 0 everywhere. This was solved numerically for current densities of 10 8 , 10 9 Am -1 . The temperature distribution across a 200 micron thick film is shown in FIGS. As is clear here,
(Film boiling) Heat transfer to nitrogen is much lower than the rate of heat release. Therefore, for most purposes, the system can be considered adiabatic.

【0005】バーンアウトの保護 本質的にラインと直列の高温超電導要素(あるいは遮蔽
インダクタ・タイプの場合、ライン電流に誘導接続した
高温超伝導要素)からなるFCLを考える。この要素
は、正常状態でその抵抗値がそこを流れる電流を低い値
に制限するに充分に高くなるほどの充分な長さとなって
いる。超伝導状態では、パワーの消散なしに電流を値I
cまで伝えることができる。実際、この超伝導要素は均
一ではなく、いくつかの部分は他よりも低い臨界電流密
度を持つことになる。故障が生じた場合、たとえば、短
絡の場合、電流はIcを超えようとし、その上昇率はシ
ステム・インダクタンスによって、あるいは、故障が生
じた交流電流サイクルの部分によって決まる。最初は、
要素は電流を臨海地に制限する抵抗値を発生するほぼ充
分な抵抗性を持つことになる。
Burnout Protection Consider an FCL consisting essentially of a high temperature superconducting element in series with the line (or, in the case of the shielded inductor type, a high temperature superconducting element inductively connected to the line current). This element is of sufficient length that, under normal conditions, its resistance is high enough to limit the current flowing therethrough to a low value. In the superconducting state, the current is reduced to the value I without dissipation of power.
c. In fact, this superconducting element is not uniform and some parts will have a lower critical current density than others. In the event of a fault, for example in the case of a short circuit, the current will tend to exceed Ic, the rate of rise of which depends on the system inductance or on the part of the alternating current cycle in which the fault has occurred. Initially,
The element will have approximately sufficient resistance to generate a resistance that limits the current to the waterfront.

【0006】短絡の代わりに、故障が小過負荷を生じた
り、あるいは、故障電流が比較的ゆっくりと上り勾配と
なる場合には、要素の非均一性のために、超伝導体の一
部は正常となるが、かなりの部分は超伝導性を維持する
ことになる。上述したように、伝播速度は非常に低く、
交流電流期間に匹敵する時間では、抵抗領域は成長しな
い。抵抗値は、電流が増大するにつれてそれに追従し、
電流がそのサイクルで低下したときに最高値に「ラッチ
する」。これらの効果は次のようにモデル化することが
できる:ここでは、臨界電流が正常分布を持つと仮定す
る:
If, instead of a short circuit, the fault causes a small overload, or if the fault current rises relatively slowly, some of the superconductor will be lost due to the non-uniformity of the elements. Normal, but to a large extent, will be superconductive. As mentioned above, the propagation speed is very low,
At a time comparable to the AC current period, the resistance region does not grow. The resistance value follows as the current increases,
"Latches" to its highest value when current drops in that cycle. These effects can be modeled as follows: Here we assume that the critical current has a normal distribution:

【0007】[0007]

【数1】 図3は、R0 =100Ω、Imax =1000Aを持つよ
うにサイズを決めた、JcO=108 A/m2 、δ=107 A/m2
付きの要素についてのV/I特性を示している。負荷抵
抗値がr、システム電圧がV0 の場合、
(Equation 1) FIG. 3 shows J cO = 10 8 A / m 2 , δ = 10 7 A / m 2 sized to have R 0 = 100Ω and I max = 1000A.
5 shows the V / I characteristics of the elements with suffixes. When the load resistance value is r and the system voltage is V 0 ,

【0008】[0008]

【数2】 この式はIについてグラフィック的に解決され得る。V
0 =24kVの場合および1Ω(ほぼ短絡)から20Ω
(中間過負荷)、40Ω(正常)までのrの種々の値に
ついて、Iの時間に対する代表的なプロットが図4に示
してある。ここで明らかなように、電流は正常トリップ
値、Imax の直ぐ下に制限されている。対応する抵抗値
が図5に示してある。したがって、そのままであれば、
FCLシステムは電流をほぼその臨界電流の値に制限す
ることになる。残念なことには、これは、一般的に、抵
抗型コンダクタの場合に非常に大きく、非常に高いパワ
ー密度を示すことになる。
(Equation 2) This equation can be solved graphically for I. V
0 = 24 kV and 1Ω (almost short-circuited) to 20Ω
Representative plots of I versus time for various values of r up to (intermediate overload) and 40Ω (normal) are shown in FIG. Here, as it is apparent, the current is limited normal trip value, just below the I max. The corresponding resistance values are shown in FIG. Therefore, as it is,
An FCL system will limit the current to approximately its critical current value. Unfortunately, this is typically very large for resistive conductors and will exhibit very high power densities.

【0009】最高安全温度に達するのにかかる時間はThe time required to reach the maximum safe temperature is

【0010】[0010]

【数3】 これは、J=108 Am-2で140msであり、J=109 Am-2
1.4msである。この意味は、109 Am-2で、供給電流
の1サイクル未満において超伝導体が破壊され得ること
である。保護問題は、故障が非常に軽い過負荷を生じさ
せ、その結果、小さな領域のみに抵抗が生じたときに、
最も厳しいことになりそうである。この抵抗が非常に小
さいので、検出は難しい。小さい抵抗性領域を制限する
場合、検出できるほど成長するまで待たねばならない。 抵抗値増大 Broom and Rhoderick (Brit J App Phys, 11, 292, 196
0)によれば、正常領域が伝播する率は次の式で与えられ
る。
(Equation 3) This is 140 ms for J = 10 8 Am −2 and 1.4 ms for J = 10 9 Am −2 . This means that at 10 9 Am -2 , the superconductor can be destroyed in less than one cycle of the supply current. The protection problem is that when a fault causes a very light overload, resulting in resistance in only a small area,
It is likely to be the toughest. This resistance is so small that it is difficult to detect. When limiting a small resistive region, one must wait until it has grown to a detectable level. Broom and Rhoderick (Brit J App Phys, 11, 292, 196
According to (0), the rate at which the normal region propagates is given by the following equation.

【0011】[0011]

【数4】 これは、J=108 Am-2で0.014 ms-1であり、 J=109 Am-2
で0.14 ms-1である。この値は、よく知られた低温超伝
導体と比べてもきわめて低い。最高安全温度に達するま
での時間で、抵抗性領域の長さ、その抵抗値およびそれ
を横切る電圧は次の通りに大きくなる:
(Equation 4) This is 0.014 ms-1 at J = 10 8 Am -2 and J = 10 9 Am -2
Is 0.14 ms -1 . This value is much lower than that of the well-known low-temperature superconductor. In the time to reach the maximum safe temperature, the length of the resistive zone, its resistance and the voltage across it increase as follows:

【0012】[0012]

【数5】 これは約200mVである。(Equation 5) This is about 200 mV.

【0013】[0013]

【これらの問題を解決する手段および作動モード】本発
明によれば、電流制限装置は、電気回路に接続すること
ができ、臨界電流密度を有する第1の超伝導要素と、故
障状態の開始を検出する検出手段と、この検出手段に応
答して臨界電流密度と第1超伝導要素で生じた電流との
関係を変え、超伝導要素を抵抗状態に変換させる変更手
段とを包含する。本発明によれば、第1超伝導要素が故
障状態の下に抵抗状態に変換して上記の過負荷、過加熱
の問題を防ぐ速度を増大させる。或るアプローチにおい
て、磁界が故障状態の開始で適用される。したがって、
変更手段は、磁界を発生させて第1超伝導要素の臨界電
流密度を低下させる磁界発生器を包含する。この磁界発
生器は代表的にはソレノイドを包含する。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a current limiting device can be connected to an electrical circuit, and includes a first superconducting element having a critical current density and an onset of a fault condition. A detecting means for detecting, and a changing means for changing a relation between a critical current density and a current generated in the first superconducting element in response to the detecting means and converting the superconducting element into a resistance state are included. According to the present invention, the speed at which the first superconducting element converts to a resistive state under a fault condition to prevent the above-described overload and overheating problems is increased. In one approach, a magnetic field is applied at the onset of a fault condition. Therefore,
The altering means includes a magnetic field generator that generates a magnetic field to reduce the critical current density of the first superconducting element. The magnetic field generator typically includes a solenoid.

【0014】公知の技術を用いて電気回路内の電流を検
知することによって故障状態の開始を検出することがで
きるが、超伝導要素内の抵抗率の発生を検知することに
よって故障状態が検出されると好ましい。抵抗率の発生
を検出し、磁界発生器を起動するには、代表的には、1
00マイクロオームのオーダーの抵抗値を検出する。抵
抗率の発生は2つの方法で検知し得る。第1の代替案で
は、これは、第1超伝導要素を横切る電圧をモニタし、
この電圧が所定の閾値を超えた場合に変更手段、たとえ
ば、磁界発生器を起動することによって行うことができ
る。漂浮インダクタンスは、第1超伝導要素の全長に沿
って、電気固有抵抗によるいかなる電圧も隠してしまう
電圧を発生する可能性がある。これは、第1超伝導要素
に沿ったいくつかのポイントで電圧を測定し、この第1
超伝導要素をいくつかのセクションに効果的に分割する
ことによって克服される。各セクションを横切る電位差
を次に測定する。セクションが所定の長さであり、各セ
クションを横切って漂浮インダクタンスによって発生し
た電圧がほぼ同じとなることが好ましい。たとえば、超
伝導要素が対称的である場合、各セクションは等しい長
さとなる。要素内に他の電圧源がないと仮定すると、各
セクションを横切る電位差はほぼ同じとなる。しかしな
がら、要素のどこかのセクションが抵抗性となると、そ
のセクションを横切る電位差は他のセクションのそれと
異なることになり、したがって、故障状態を検出するこ
とができる。必要な長さのセクションを用いることがで
きない場合、当業者にはわかるコンピュータ分析を用い
て各セクションを横切る漂浮インダクタンスの異なった
効果を考慮することができる。
While the onset of a fault condition can be detected by sensing current in an electrical circuit using known techniques, the fault condition is detected by sensing the occurrence of resistivity in a superconducting element. Is preferred. To detect the occurrence of resistivity and activate the magnetic field generator, typically, 1
A resistance value on the order of 00 micro ohms is detected. The occurrence of resistivity can be detected in two ways. In a first alternative, this monitors the voltage across the first superconducting element,
When the voltage exceeds a predetermined threshold, the change can be performed by activating a change unit, for example, a magnetic field generator. The stray inductance can generate a voltage along the entire length of the first superconducting element that masks any voltage due to electrical resistivity. This measures the voltage at several points along the first superconducting element,
It is overcome by effectively dividing the superconducting element into several sections. The potential difference across each section is then measured. Preferably, the sections are of a predetermined length and the voltage generated by the stray inductance across each section is approximately the same. For example, if the superconducting elements are symmetric, each section will be of equal length. Assuming no other voltage sources in the element, the potential difference across each section will be about the same. However, if any section of the element becomes resistive, the potential difference across that section will be different from that of the other sections, so that a fault condition can be detected. If sections of the required length are not available, the different effects of stray inductance across each section can be considered using computer analysis as would be known to one skilled in the art.

【0015】第2の代案では、抵抗率の発生は、第1超
伝導要素内に高周波サンプリング電流を注入することに
よって検知し得る。このサンプリング電流あるいは探測
電流の周波数はライン電流とはかなり異なる。要素を横
切る電圧はモニタされ、探測電流と密着した位相判別検
出器によって整流される。こうして生じた信号はライン
電流からのどんな派生物も含まない。漂浮インダクタン
スからの成分は一定であり、したがって、要素の抵抗値
を表す信号を残して容易に減算することができる。超伝
導要素を起動するのに磁界を使用する場合、磁界コイル
のL/R定数は、磁界を切り替えることができる速度、
その結果、代表的には108 Am-2の領域で使用できる最大
値 Jc についての制限を与えることになる。
[0015] In a second alternative, the occurrence of resistivity can be detected by injecting a high frequency sampling current into the first superconducting element. The frequency of the sampling current or the probe current is considerably different from the line current. The voltage across the element is monitored and rectified by a phase detection detector in close contact with the probe current. The signal thus produced does not include any derivations from the line current. The component from the stray inductance is constant and can therefore be easily subtracted, leaving a signal representing the resistance of the element. When using a magnetic field to activate a superconducting element, the L / R constant of the magnetic field coil is determined by the speed at which the magnetic field can be switched,
As a result, it will give a limit of the maximum value J c that can be used in the region of 10 8 Am -2 typically.

【0016】別の例では、スイッチを介して磁界発生器
と直列にコンデンサが接続してあり、検出手段は、故障
状態を検出したときにスイッチを閉ざす手段を包含す
る。この場合、スイッチはサイラトロンあるいはトリガ
ー火花間隙を包含するとよい。この構成では、超伝導要
素は、コンデンサを放電させることによって短パルス電
流で通常駆動される。さらに好ましい例では、変更手段
は、第1超伝導要素と直列の第2の超伝導要素であっ
て、第1超伝導要素の臨界電流密度よりも低い臨界電流
密度を有する第2超伝導要素と、第2超伝導要素を横切
って電気的に並列に設置したコイル・直列接続コンデン
サ組み合わせであって、コイルが第1、第2の超伝導要
素まわりに物理的に設置してあるコイル・直列接続コン
デンサ組み合わせとを包含する。
In another example, a capacitor is connected in series with the magnetic field generator via a switch, and the detecting means includes means for closing the switch when a fault condition is detected. In this case, the switch may include a thyratron or a trigger spark gap. In this configuration, the superconducting element is typically driven with a short pulse current by discharging a capacitor. In a further preferred example, the modifying means is a second superconducting element in series with the first superconducting element, the second superconducting element having a critical current density lower than the critical current density of the first superconducting element. A series connection of a coil and a capacitor connected electrically in parallel across the second superconducting element, wherein the coil is physically disposed around the first and second superconducting elements. And a capacitor combination.

【0017】この構成の利点は、フェイルセイフ機構を
提供し、もしあるとしても活性コンポーネントが少ない
ということにある。別のアプローチでは、変更手段は、
スイッチを経て超伝導要素に接続したコンデンサと、故
障状態の開始を検出したときにスイッチを閉ざす手段と
を包含し、超伝導要素を通してその結果生じた電流が要
素の臨界電流を超えることができる。このアプローチで
は、臨界電流密度を変える代わりに、要素を通る電流は
急速に高いレベルまで駆動され、抵抗状態への移行を生
じさせる。
The advantage of this arrangement is that it provides a fail-safe mechanism and has few, if any, active components. In another approach, the means of change is:
It includes a capacitor connected to the superconducting element via the switch, and means for closing the switch upon detecting the onset of a fault condition, such that the resulting current through the superconducting element can exceed the critical current of the element. In this approach, instead of changing the critical current density, the current through the element is rapidly driven to a high level, causing a transition to a resistive state.

【0018】[0018]

【実施例】これから説明しようとしているすべての例に
おいて、超伝導要素は、超伝導状態を達成するために一
般的に必要とされる低温物理学と関連させることなく示
すことにする。図6に示す第1の例において、保護しよ
うとしている回路1は、HTc材料の超伝導要素4と直
列に接続した負荷(Z)2および電源3とを包含する。
超伝導要素4のまわりにはソレノイド5が設置してあ
り、このソレノイドは、コンデンサ6、電源7、スイッ
チ8(たとえば、サイラトロン)を包含する別の回路に
接続している。故障の開始はコントローラ9を使用して
検出される。このコントローラ9は、公知技術を用いて
回路内の電流を検知するか、あるいは、超伝導要素の抵
抗率の発生を検知することによって作動する。抵抗率の
検出は、また、冷凍の故障で生じる損傷を守ることもで
き、超伝導要素4を横切る電圧をモニタすることによっ
て行うことができる。もしこの電圧が所定の閾値を超え
ると、故障を検出したと判断し、スイッチ8を閉ざす。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In all the examples to be described, the superconducting elements will be shown without reference to the low temperature physics generally required to achieve the superconducting state. In the first example shown in FIG. 6, the circuit 1 to be protected comprises a load (Z) 2 and a power supply 3 connected in series with a superconducting element 4 of HTc material.
Surrounding the superconducting element 4 is a solenoid 5 which is connected to another circuit including a capacitor 6, a power supply 7, and a switch 8 (eg, a thyratron). The onset of a fault is detected using the controller 9. The controller 9 operates by sensing the current in the circuit using known techniques, or by detecting the occurrence of resistivity of the superconducting element. Resistivity detection can also protect against damage caused by refrigeration failures and can be performed by monitoring the voltage across superconducting element 4. If this voltage exceeds a predetermined threshold, it is determined that a failure has been detected, and the switch 8 is closed.

【0019】この方法は、超伝導要素4における漂浮イ
ンダクタンスの影響を受ける可能性がある。この漂浮イ
ンダクタンスは要素の全長にわたって充分に大きい電圧
を生じさせ、抵抗率の発生によるいかなる電圧も隠して
しまう可能性がある。これは、図17に示すように、超
伝導要素に沿ったいくつかのポイントで電圧を測定する
ことによって解決することができる。ポイント20〜2
4で電圧を測定することによって、要素は効果的に4つ
の等しいセクション20−21、21−22、22−2
3、23−24に分割され、これらのセクションの各々
を横切る電位差を計算することができる。超伝導要素が
対称的であると仮定すると、要素の各セクションにおい
て漂浮インダクタンスによって生じる電圧はほぼ同じと
なる。しかしながら、要素のどこかのセクションに抵抗
が生じると、そのセクションの電位差が他のセクション
の電位差と異なることになる。
This method can be affected by stray inductance in the superconducting element 4. This stray inductance produces a sufficiently large voltage over the entire length of the element, which can mask any voltage due to the occurrence of resistivity. This can be solved by measuring the voltage at several points along the superconducting element, as shown in FIG. Points 20-2
By measuring the voltage at 4, the element is effectively turned into four equal sections 20-21, 21-22, 22-2
3, 23-24, and the potential difference across each of these sections can be calculated. Assuming that the superconducting element is symmetric, the voltage created by the stray inductance in each section of the element will be approximately the same. However, if resistance occurs in any section of the element, the potential difference in that section will be different from the potential difference in other sections.

【0020】図17に示したケースでは、要素に抵抗値
がまったくないと、 V20-21 =V21-22 =V22-23 =V23-24 しかしながら、セクションB−Cに抵抗値があると、イ
ンダクタンスによる電圧の上昇を打ち消す抵抗による電
位低下がある。この場合: V20-21 =V21-22 =V22-23 >V23-24 したがって、超伝導要素を複数のセクションに分割し、
各セクション前後の電位差を測定することによって、漂
浮インダクタンスの影響が原因と突き止められる。コン
トローラ9はポイント20〜24の各々での電圧を測定
し、電位差V20-2 1 =V21-22 =V22-23 =V23-24
計算する。これらの電位差が比較され、もし或るセクシ
ョンの電位差が他のセクションの電位差と異なっている
ならば、故障状態の開始が検出され、スイッチ8が用い
られて磁界発生器を起動させる。
In the case shown in FIG. 17, if the element has no resistance value, V 20-21 = V 21-22 = V 22-23 = V 23-24 However, there is a resistance value in section BC. In addition, there is a potential drop due to a resistance that cancels a voltage rise due to inductance. In this case: V 20-21 = V 21-22 = V 22-23 > V 23-24 Therefore, the superconducting element is divided into several sections,
By measuring the potential difference before and after each section, the effects of stray inductance can be identified. The controller 9 measures the voltage at each of the points 20 to 24, calculates the difference V 20-2 1 = V 21-22 = V 22-23 = V 23-24. These potential differences are compared, and if the potential difference in one section is different from the potential difference in another section, the onset of a fault condition is detected and switch 8 is used to activate the magnetic field generator.

【0021】より感度の良い方法としては、超伝導要素
4に交流のサンプリング電流あるいは探測電流を注入す
ることがある。この場合、交流の電流の周波数はライン
電流の周波数とかなり異なる。代表的な検出器構成が図
18に示してある。ここでは、サンプリング電流はAC
電流源20を用いて超伝導要素4を横切って電圧を印加
することによって供給される。超伝導要素4を横切る電
圧は適当なフィルタ21によって濾波され、演算増幅器
22によって増幅され、探測電流と密着した位相判別検
出器23によって整流される。こうして生じた信号はラ
イン電流からの派生物をなんら含んでおらず、漂浮イン
ダクタンスからのコンポーネントは一定であり、容易に
減算できる。残った信号が超伝導要素4の抵抗値を表し
ており、これを用いてスイッチ8を活動状態にすること
ができる。
As a more sensitive method, an AC sampling current or a probe current is injected into the superconducting element 4. In this case, the frequency of the alternating current is significantly different from the frequency of the line current. A typical detector configuration is shown in FIG. Here, the sampling current is AC
Supplied by applying a voltage across superconducting element 4 using current source 20. The voltage across the superconducting element 4 is filtered by a suitable filter 21, amplified by an operational amplifier 22, and rectified by a phase detector 23 in close contact with the probe current. The resulting signal does not contain any derivative of the line current, and the component from the stray inductance is constant and easily subtractable. The remaining signal represents the resistance of the superconducting element 4, which can be used to activate the switch 8.

【0022】この回路の動作を説明するために、ここで
は、次の諸元を持った超伝導要素(FCL)4の設計を
考える: ライン電圧 V0 24kV 定格正常電流 I 650A トリップ正常電流 Imax 1000A 故障電流 If 240A 超伝導体の性能は以下の通りと仮定する: 臨界電流密度Jc 108 A/m2 遷移幅 107 A/m2 ここで、定格電流がトリップ電流より低い3.5δに選
ばれ、ほぼ要素全体がこのレベルで超伝導状態にあるこ
とに注目されたい。
To explain the operation of this circuit, consider here the design of a superconducting element (FCL) 4 having the following specifications: Line voltage V 0 24 kV Rated normal current I 650 A Trip normal current I max 2. Assume that the performance of the 1000A fault current If 240A superconductor is as follows: Critical current density J c 10 8 A / m 2 Transition width 10 7 A / m 2 where the rated current is lower than the trip current. Note that almost the entire element is in the superconducting state at this level, chosen 5δ.

【0023】超伝導体の必要な横断面積は10-52
あり、これは、たとえば、セラミック基体、100mm
幅上の100μ厚のフィルムの形を採り得る。必要な1
00Ωの抵抗値を得るために、全長は1000mとしな
ければならないであろう。装置4をほどよくコンパクト
にするには、各々が1m長の1000本のバーとして、
それらを非誘電式に直列に接続し、適当に支え、液体窒
素内に浸漬してもよい。故障発生時、FCL4は、最
初、約1000Aのピーク間値に電流を制限するのに必
要な範囲まで抵抗を生じる。抵抗性領域の温度は530
0K/秒で上昇することになる。故障が検出されると、
スイッチ8が閉じることによって保護機構が起動され、
要素全体に抵抗が生じ、よって、電流が240Aピーク
間値まで低下する。この機構が故障と検出し、有効とな
るのに1フルライン・サイクル(20ms)を要する場
合には、ピーク温度は183Kまで上昇していることに
なる。その後、温度は300K/秒で上昇し、電源を遮
断するのに1秒ほどあることになる。これは回路遮断器
15を用いて行うことができる。
The required cross-sectional area of the superconductor is 10 −5 m 2 , for example, a ceramic substrate, 100 mm
It can take the form of a 100 μ thick film over the width. Necessary one
To obtain a resistance of 00Ω, the total length would have to be 1000 m. In order to make the device 4 reasonably compact, as 1000 bars each 1 m long,
They may be connected in series non-dielectrically, suitably supported, and immersed in liquid nitrogen. In the event of a fault, the FCL 4 will initially develop resistance to the extent necessary to limit the current to a peak-to-peak value of about 1000A. The temperature of the resistive region is 530
It will rise at 0K / sec. When a failure is detected,
When the switch 8 is closed, the protection mechanism is activated,
Resistance occurs throughout the element, thus reducing the current to a 240 A peak-to-peak value. If the mechanism detects a failure and requires one full line cycle (20 ms) to become effective, the peak temperature has risen to 183K. Thereafter, the temperature rises at 300 K / sec, which will take about one second to power down. This can be done using a circuit breaker 15.

【0024】この保護機構は、臨界電流を低下させる
(この場合、少なくとも4の係数で)磁界を与える形と
なっている。これには0.05〜0.1Tesla の強度の
磁界が必要であり、それは内径1.5m、外径1.6
m、長さ1.5mのソレノイド・コイル5によって得る
ことができる。このコイル5は、3A/mm2 の電流密
度でFCL要素4全体にわたって少なくとも0.1Tの
磁界を発生させる。この磁界では、4×104 ジュール
の蓄積エネルギ(LI2 /2)を持つことになる。ソレ
ノイド磁界を迅速に確立するために、ソレノイド5は、
スイッチ8(たとえば、サイラトロン)またはトリガー
火花間隙を経て高電圧からコンデンサ8を放電させるこ
とによって付勢される。コイルのインダクタンスおよび
キャパシタンスの値は、ライン・サイクルに比べて長い
ただ1つの(あるいは小数の)磁界パルスを与えるか、
あるいは、ライン・サイクルの何倍かの必要な値で作動
する急速振動磁界を与えるように選ぶことができる。目
的は、同時に磁界とピーク・ライン電流とを得ることに
ある。ここで、ライン周波数であるいはその付近で振動
する磁界は位相外れとなり、抵抗遷移を達成できないか
も知れない。これら2つのオプションの例を以下に示
す: ────────────────────────────────── Lcoil Icoil Rcoil Rswitch C VC H A Ω Ω μF kV 0.08 1000 0.2 0.1 1000 10 0.0008 10000 0.01 0.1 20 100 コイル電流がそれぞれ図9、10に示してあり、スイッ
チは0.01秒で閉じており、比較のためにライン電圧
も示してある。
The protection mechanism is configured to provide a magnetic field that reduces the critical current (in this case, by a factor of at least 4). This requires a magnetic field with a strength of 0.05-0.1 Tesla, which has an inner diameter of 1.5 m and an outer diameter of 1.6.
m, 1.5 m in length. This coil 5 generates a magnetic field of at least 0.1 T across the FCL element 4 at a current density of 3 A / mm 2 . In this field, it will have a 4 × 10 4 Joules stored energy (LI 2/2). To quickly establish a solenoid magnetic field, solenoid 5
Activated by discharging capacitor 8 from a high voltage via switch 8 (eg, a thyratron) or a trigger spark gap. The value of the inductance and capacitance of the coil may give a single (or a small number) magnetic field pulse longer than the line cycle,
Alternatively, one can choose to provide a rapidly oscillating magnetic field that operates at the required value several times the line cycle. The purpose is to obtain a magnetic field and a peak line current at the same time. Here, the magnetic field oscillating at or near the line frequency will be out of phase and may not be able to achieve a resistance transition. Examples of these two options are shown below: ────────────────────────────────── L coil I coil R coil R switch CV C HA Ω Ω μF kV 0.08 1000 0.2 0.1 1000 10 0.0008 10000 0.01 0.1 20 100 The coil currents are shown in FIGS. 9 and 10, respectively, and the switches are closed at 0.01 seconds, and for comparison, The line voltage is also shown.

【0025】第2の例が図7に示してある。この場合、
保護機構は、超伝導要素4と直列に接続したコンデンサ
10と、電圧源11とを包含する。図6に示すのと同じ
参照符号を付けた他のコンポーネントは図6のコンポー
ネントと同じ機能を有する。この例では、コンデンサ1
0は故障状態の開始で放電し、超伝導要素4を通して電
流を駆動し、超伝導要素を抵抗状態に変える。これを行
うには、コンデンサ6が以下のように充電される必要が
ある。 V>IcR ここで、Ic =1000A、R=100Ωの場合、V>
100kVでなければならない。コンデンサが放電した
瞬間にそれに対向して超伝導要素4がそれを横切ってラ
イン電圧を持つかも知れないので、トータルでV=12
4kVでなければならない。
A second example is shown in FIG. in this case,
The protection mechanism includes a capacitor 10 connected in series with the superconducting element 4 and a voltage source 11. Other components with the same reference numerals as shown in FIG. 6 have the same functions as the components in FIG. In this example, the capacitor 1
0 discharges at the onset of a fault condition, driving current through the superconducting element 4 and changing the superconducting element to a resistive state. To do this, the capacitor 6 needs to be charged as follows. V> I c R Here, when I c = 1000 A and R = 100Ω, V> I c R
Should be 100 kV. Since the superconducting element 4 may have a line voltage across it at the moment the capacitor discharges, a total of V = 12
Must be 4 kV.

【0026】100Ωの直列抵抗器を持つインダクタン
ス60μHのFCLを考えた場合、図11に示すよう
に、C=4μFの場合、電流パルスは1000Aに達す
る。このプロセスに伴うエネルギは、超伝導体の温度を
数度上昇させるに充分なだけである。このシステムは、
かなり小さい高電圧コンデンサを要するだけという利点
を持つが、このコンデンサおよびその制御機器がライン
電圧で浮遊しなければならず、複雑さを増すという欠点
も持つ。上記の機構は、共に、抵抗性遷移の開始あるい
は過電流を検出し、抵抗性遷移の完了を強制することに
依存する。それなりに、活動状態の機構が要求される
が、それの故障が超伝導要素の加熱を招くかも知れな
い。
Considering an FCL with an inductance of 60 μH having a series resistor of 100 Ω, the current pulse reaches 1000 A when C = 4 μF as shown in FIG. The energy associated with this process is only sufficient to raise the temperature of the superconductor by a few degrees. This system is
It has the advantage of only requiring a fairly small high-voltage capacitor, but has the disadvantage that this capacitor and its control must be floating at the line voltage, increasing complexity. Both of the above mechanisms rely on detecting the onset or overcurrent of a resistive transition and forcing the completion of the resistive transition. As such, an active mechanism is required, but its failure may result in heating of the superconducting element.

【0027】図8は、付加的あるいは第2の超伝導要素
12(HTC1)を設けた好ましい構成を示す。実際に
は、この超伝導要素12はより大きな超伝導要素の一部
となっており、その他の部分が超伝導要素4(HTC
2)を形成するものであってもよい。超伝導要素12
は、超伝導要素4と直列に、そして、コイル13および
コンデンサ14と並列に接続してある。コイル13は両
方の超伝導要素4、12を取り囲んでいる。超伝導要素
12の臨界電流密度は、超伝導要素4の臨界電流密度よ
りもやや低いように選ぶ。さらに、超伝導要素12は、
0 /Ic よりも大きい必要のない正常状態抵抗値を有
する。超伝導要素4は、それが抵抗を持つようになった
とき、抵抗値の大部分を与えることになる。故障が生じ
たとき、HTC12は最初に抵抗性となり、それを横切
る電圧が電流を磁性コイル13に駆動する。直列共振コ
ンデンサ14は、コイル13が低インピーダンスを与え
る(したがって、故障が短絡よりも過負荷となるときに
もかなりのコイル電流を生じさせることができ、HTC
1が最初にその全抵抗値を生じない)状態を保証し、ま
た、コイル電流(およびその磁界)が両超伝導要素の電
流と同位相となる状態を保証する。
FIG. 8 shows a preferred arrangement with an additional or second superconducting element 12 (HTC1). In practice, this superconducting element 12 is part of a larger superconducting element and the other part is superconducting element 4 (HTC
2) may be formed. Superconducting element 12
Are connected in series with the superconducting element 4 and in parallel with the coil 13 and the capacitor 14. A coil 13 surrounds both superconducting elements 4,12. The critical current density of superconducting element 12 is chosen to be slightly lower than the critical current density of superconducting element 4. Further, the superconducting element 12
It has a normal state resistance value that need not be greater than V 0 / I c . Superconducting element 4 will provide the majority of the resistance when it becomes resistive. When a failure occurs, the HTC 12 will initially become resistive and the voltage across it will drive current to the magnetic coil 13. The series resonant capacitor 14 provides a low impedance to the coil 13 (and thus can generate significant coil current when the fault is overloaded rather than a short circuit, and the HTC
1 does not initially produce its full resistance), and also ensures that the coil current (and its magnetic field) is in phase with the currents of both superconducting elements.

【0028】磁界の効果は臨界電流を減少させることに
あり、その結果、HTC2に抵抗を生じさせる。これが
故障電流を制限するのである。図12〜16は、この種
の機構から予想される動作を説明している。コイル13
は、0.08Hのインダクタンスを持ち、1000Aで
0.1Tの磁界を発生する。コンデンサ14は127μ
Fの値を持ち、コイル13の直列抵抗値 Rindは0.2
Ωである。図12、13は短絡故障の場合のコイル電流
と全システム電流とをそれぞれ示している。短絡は50
msecで生じる。HTC11 2は25Ωの抵抗値で抵抗
を生じ、コイル電流が急激に上昇する。HTC2 4は
75msecで完全な抵抗(100Ω)を持ち、電流をその
制限値まで低下させることになる。
The effect of the magnetic field is to reduce the critical current, resulting in a resistance in HTC2. This limits the fault current. 12 to 16 illustrate the operation expected from this type of mechanism. Coil 13
Has an inductance of 0.08H and generates a magnetic field of 0.1T at 1000A. Capacitor 14 is 127μ
And the series resistance R ind of the coil 13 is 0.2
Ω. 12 and 13 show the coil current and the total system current in the case of a short-circuit fault, respectively. Short circuit is 50
Occurs in msec. The HTC 112 generates a resistance with a resistance value of 25Ω, and the coil current sharply increases. HTC24 has a full resistance (100Ω) at 75 msec, which will reduce the current to its limit.

【0029】図14、15、16は種々の過負荷状態で
のコイル電流を示している。いずれの場合も、HTC1
12は、最初に、電流をIc に制限する、すなわち、
RHTC1=Vo /Ic -Rloadとするに必要な程度まで抵抗を生
じる。コイル13を充填するのに利用できる電圧は、し
たがって、 V0 − Ic Rloadとなる。短絡と比べて小さ
い過負荷の主たる効果はシステム全体に抵抗が生じる前
の遅延時間を延ばすことにある。直列共振回路のインピ
ーダンスにより、コイルは RHTC1≧ Rind の範囲内でか
なりの電流を確実に獲得する。コイル13を液体窒素温
度まで冷却して Rind を低下させる可能性は無視しては
ならない。
FIGS. 14, 15 and 16 show the coil current under various overload conditions. In each case, HTC1
12 first limits the current to I c , ie,
R HTC1 = V o / I c -Resistance occurs to the extent necessary to make -R load . Voltage available to fill the coil 13, therefore, V 0 - the I c R load. The main effect of a small overload as compared to a short circuit is to extend the delay before resistance develops throughout the system. The impedance of the series resonant circuit ensures that the coil will acquire significant current within the range of R HTC1 ≧ R ind . The possibility of lowering R ind by cooling the coil 13 to liquid nitrogen temperature must not be ignored.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この図は、108 Am-2を持つフィルムにつ
いて経時的に変化する200μ厚フィルムを横切る温度
分布を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the temperature distribution across a 200 μ thick film that changes over time for a film having 10 8 Am −2 .

【図2】 この図は、109 Am-2を持つフィルムにつ
いて経時的に変化する200μ厚フィルムを横切る温度
分布を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the temperature distribution across a 200 μ thick film that changes over time for a film with 10 9 Am −2 .

【図3】 この図は、 JC0=108A/m2 、δ=107A/m
2 で、R0=100Ω、I max=1000Aを持つようなサイズの要
素についてのV/I特性を示す。
FIG. 3 shows that J C0 = 10 8 A / m 2 and δ = 10 7 A / m
2 shows the V / I characteristics for an element of a size such that R 0 = 100Ω and I max = 1000A.

【図4】 この図は、種々の負荷抵抗値についての時間
対電流のプロットである。
FIG. 4 is a plot of current versus time for various load resistance values.

【図5】 この図は、図4と同様のプロットであるが、
対応する抵抗値を示すプロットである。
FIG. 5 is a plot similar to FIG. 4, but
5 is a plot showing corresponding resistance values.

【図6】 この図は、本発明の一例を示す回路図であ
る。
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of the present invention.

【図7】 この図は、本発明の別の例を示す回路図であ
る。
FIG. 7 is a circuit diagram showing another example of the present invention.

【図8】 この図は、本発明のまた別の例を示す回路図
である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing another example of the present invention.

【図9】 この図は、図6による回路を作動させる一方
法についての電圧変動対時間のグラフである。
FIG. 9 is a graph of voltage variation versus time for one way of operating the circuit according to FIG. 6;

【図10】 この図は、図6による回路を作動させる別
の方法についての電圧変動対時間のグラフである。
10 is a graph of voltage variation versus time for another method of operating the circuit according to FIG. 6;

【図11】 この図は、図7に示す回路を作動させる一
方法についての電流変動対時間のグラフである。
FIG. 11 is a graph of current variation versus time for one method of operating the circuit shown in FIG.

【図12】 この図は、図8の回路における短絡故障に
ついてのコイル電流を示す。
FIG. 12 shows the coil current for a short circuit fault in the circuit of FIG.

【図13】 この図は、図8の回路における短絡故障に
ついての全システム電流を示す。
FIG. 13 shows the total system current for a short circuit fault in the circuit of FIG.

【図14】 この図は、或る過負荷状態での図8の回路
におけるコイル電流を示す。
FIG. 14 shows the coil current in the circuit of FIG. 8 under certain overload conditions.

【図15】 この図は、別の過負荷状態での図8の回路
におけるコイル電流を示す。
FIG. 15 shows the coil current in the circuit of FIG. 8 under another overload condition.

【図16】 この図は、また別の過負荷状態での図8の
回路におけるコイル電流を示す。
FIG. 16 shows the coil current in the circuit of FIG. 8 under yet another overload condition.

【図17】 この図は、電圧を測定して故障状態を決定
する、超伝導要素に沿った位置を示す。
FIG. 17 shows a location along a superconducting element that measures voltage to determine a fault condition.

【図18】 この図は、超伝導要素における電圧の開始
を検出するのに使用する構成例を示す。
FIG. 18 shows an example configuration used to detect the onset of voltage in a superconducting element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…回路 2…負荷 3…電源 4…超伝導要素 5…ソレノイド 6…コンデンサ 7…電源 8…スイッチ 9…コントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Circuit 2 ... Load 3 ... Power supply 4 ... Superconducting element 5 ... Solenoid 6 ... Capacitor 7 ... Power supply 8 ... Switch 9 ... Controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター ヘンリー イギリス グロースターシャー ジーエル 15 4ジェイキュー リドニー パーケン ド ウェスターン ロッジ (番地なし) ──────────────────────────────────────────────────の Continued on Front Page (72) Inventor Peter Henry Gloucestershire GL 154 Jake Ridney Parken de Western Lodge (No Address)

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気回路に接続することができ、臨界電
流密度を有する第1の超伝導要素と、故障状態の開始を
検出する検出手段と、この検出手段に応答して臨界電流
密度と第1超伝導要素で生じた電流との関係を変え、超
伝導要素を抵抗状態に変換させる変更手段とを包含する
ことを特徴とする電流制限装置。
1. A first superconducting element that can be connected to an electrical circuit and has a critical current density, detection means for detecting the onset of a fault condition, and a critical current density and A current limiting device for changing the relationship with the current generated in the superconducting element and converting the superconducting element into a resistance state.
【請求項2】 請求項1記載の装置において、変更手段
が第1超伝導要素の臨界電流密度を低下させるように磁
界を発生させる磁界発生器を包含することを特徴とする
装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein the altering means includes a magnetic field generator for generating a magnetic field to reduce a critical current density of the first superconducting element.
【請求項3】 請求項2記載の装置において、磁界発生
器がソレノイドを包含することを特徴とする装置。
3. The apparatus of claim 2, wherein the magnetic field generator includes a solenoid.
【請求項4】 請求項2または3に記載の装置におい
て、さらに、スイッチを介して磁界発生器と直列に接続
したコンデンサを包含し、検出手段が故障状態を検出し
たときにスイッチを閉ざす手段を包含することを特徴と
する装置。
4. The apparatus according to claim 2, further comprising a capacitor connected in series with the magnetic field generator via a switch, and means for closing the switch when the detecting means detects a fault condition. An apparatus characterized by including.
【請求項5】 請求項4記載の装置において、スイッチ
がサイラトロンまたはトリガー火花間隙を包含すること
を特徴とする装置。
5. The device of claim 4, wherein the switch comprises a thyratron or a trigger spark gap.
【請求項6】 請求項1記載の装置において、変更手段
が、第1超伝導要素と直列の第2の超伝導要素であっ
て、第1超伝導要素の臨界電流密度よりも低い臨界電流
密度を有する第2超伝導要素と、第2超伝導要素を横切
って電気的に並列に設置したコイル・直列接続コンデン
サ組み合わせであって、コイルが第1、第2の超伝導要
素まわりに物理的に設置してあるコイル・直列接続コン
デンサ組み合わせとを包含することを特徴とする装置。
6. The apparatus of claim 1, wherein the altering means is a second superconducting element in series with the first superconducting element, the critical current density being lower than the critical current density of the first superconducting element. And a coil and a series-connected capacitor combination electrically arranged in parallel across the second superconducting element, wherein the coil is physically located around the first and second superconducting elements. An apparatus comprising: an installed coil / series connected capacitor combination.
【請求項7】 請求項6記載の装置において、線周波数
で第1超伝導要素を通って電流が流れ、コイル・直列接
続コンデンサが線周波数でほぼ共振することを特徴とす
る装置。
7. The apparatus of claim 6, wherein current flows through the first superconducting element at a line frequency, and the coil and series connected capacitor resonate substantially at the line frequency.
【請求項8】 請求項1記載の装置において、変更手段
が、第1超伝導要素にスイッチを介して接続したコンデ
ンサと、故障状態の開始を検出したときにスイッチを閉
ざし、その結果生じた超伝導要素を通る電流が超伝導要
素の臨界電流を超えるようにした手段とを包含すること
を特徴とする装置。
8. The apparatus of claim 1 wherein the altering means closes the switch when detecting the onset of a fault condition with the capacitor connected to the first superconducting element via the switch, and the resulting superconducting element. Means for ensuring that the current through the conducting element exceeds the critical current of the superconducting element.
【請求項9】 請求項1から8のいずれか1つに記載の
装置において、検出手段が、第1超伝導要素を横切って
電圧をモニタし、モニタされた電圧が所定の閾値を超え
たときに変更手段を起動する電圧モニタを包含すること
を特徴とする装置。
9. The apparatus according to claim 1, wherein the detecting means monitors a voltage across the first superconducting element, and when the monitored voltage exceeds a predetermined threshold. A voltage monitor for activating the changing means.
【請求項10】 請求項9記載の装置において、電圧モ
ニタが、第1超伝導要素の多数のセクションを横切る電
圧をモニタし、1つのセクションを横切るモニタされた
電圧が所定の閾値を超え、他のセクションを横切る電圧
から所定量よりも大きく異なった場合に変更手段を起動
することを特徴とする装置。
10. The apparatus of claim 9, wherein the voltage monitor monitors a voltage across multiple sections of the first superconducting element, wherein the monitored voltage across one section exceeds a predetermined threshold, and Activating the altering means if the voltage crossing the section differs by more than a predetermined amount.
【請求項11】 請求項10記載の装置において、セク
ションがほぼ同じ長さを有することを特徴とする装置。
11. The device of claim 10, wherein the sections have approximately the same length.
【請求項12】 請求項1〜8のうちいずれか1つに記
載の装置において、検出手段が、第1超伝導要素にサン
プリング電流を注入するサンプリング電流源と、サンプ
リング電流の通過に対する第1超伝導要素の応答をモニ
タすることによって第1超伝導要素の抵抗を決定する手
段とを包含し、モニタされた応答が故障状態の開始を示
すときに変更手段を検出手段が起動することを特徴とす
る装置。
12. The apparatus according to claim 1, wherein the detecting means includes a sampling current source for injecting a sampling current into the first superconducting element, and a first superconducting element for passing the sampling current. Means for determining the resistance of the first superconducting element by monitoring the response of the conducting element, wherein the detecting means activates the changing means when the monitored response indicates the onset of a fault condition. Equipment to do.
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